可扫描稀疏天线阵列制造技术

一种稀疏阵列天线，其包括调谐到各自发射和接收频率的串联馈送天线阵列列，其特征在于：　　　　发射和接收阵列列在每个发射辐射元件和每个接收辐射元件之间以给定距离形成，该串联馈送天线列彼此平行排列，由此形成对称的交错的发射／接收阵列；　　　　接收阵列列在发射模式中作为寄生元件工作，发射阵列列在接收模式中作为寄生元件工作，由此减少栅格瓣的产生。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有稀疏天线设计的天线阵列，还提供一种使用减少的栅格瓣进行的扫描。
技术介绍
对于区域覆盖通信网络的容量日益增长的需求可以通过引入阵列天线来解决。这些天线是可以在方位面内创建一个或多个窄波束的辐射元件的阵列。窄波束指向或选择朝向所关心的客户，从而减少网络中的干扰并且由此增加容量。在美国专利No.6,509,881中公开了一种交错的(interleave)单孔径同步Rx/Tx天线。借助于连接到天线列的Butler矩阵，可以在方位面内产生许多同时固定扫描的波束。由于必许考虑因相位重复的建设性的增加而导致的干扰瓣(也称作栅格瓣)的产生，天线元件的间距由最大扫描角度确定。为了扫描相位阵列天线，元件位置必须足够小以避免栅格瓣。对于1λ的元件间距，栅格瓣将出现在可见空间的边缘(非扫描条件下)。然后，如果波束被偏离瞄准线扫描，栅格波束将移动至可见空间。因此，设计天线的问题是阵列天线中的辐射元件的间距不得不小于一倍波长，以防止产生讨厌的格栅(次级)瓣，并且在扫描波束的情况中，间距还要进一步减小。在极端情况中，当主波束被扫描到非常大的角度时(如在移动通信基站的自适应天线的情况中)，元件间距需要减小到半波长或更小，以避免在可见空间产生栅格瓣。因此，可以确立一般规则，即具有固定瓣的天线阵列通常应该具有小于1波长的元件间距，而具有可扫描瓣的天线阵列通常应该具有小于半波长的元件距离，以获得合适的扫描角度范围。如在美国专利No.6,351,243中公开的，在阵列天线中的辐射元件通常设置成如图1所示的规则矩形栅格。元件间距沿x轴表示为dx，沿y轴表示为dy。通过从元件空间转换到波束空间，可以找到波束方向。图1所示的天线的相应波束空间可以在图2中找到。在这种情况中，主波束的指向方向沿天线的法线。在可见空间外部(即单位圆外)的波束组成栅格瓣，只要波束没有被扫描并且元件的间距沿两个轴的方向都小于一个波长(λ/dx＞1和λ/dy＞1)，则它们不会出现在可见空间中。对于大的阵列，在矩形排列的栅格中辐射元件的数量由NR＝A/(dxdy)近似给定，其中A是天线孔径的面积。当主波束沿x轴被扫描时，在波束空间中的所有波束在正方向移动的量等于表示为扫描(辐射)角的正弦表达式的函数。对于在x方向的一维扫描的每个水平行，我们可以将次级最大或栅格瓣表示如下Xm=sin(θs)+m·λdx,m=±1,±2,...]]>其中Xm是波瓣m的位置，θs是相对于阵列法线的扫描角，dx是在水平面内元件之间的距离。当波瓣之间的距离在此为λ/dx时，可知对于在可见区域内不产生栅格瓣的扫描角，最大元件距离为dλ<11+sin(θmax)]]>在图3所示的情况中，除主波束外第二波束(栅格瓣)进入可见空间。这种情况可以通过减小沿x轴的元件间距来避免。当元件间距小于半波长时(即λ/dx＞2)，因为|sinθ|≤1，所以与扫描角无关，没有栅格瓣进入可见空间。图4示出了设置在等边三角形栅格中的辐射元件。垂直元件间距定义为dy。图5中示出了相应的波束空间。沿y轴的元件间距必须不大于1/波长(即dy的最大值约为0.58波长，并且沿x轴2dx为一个波长)，以避免在任意扫描角下产生栅格瓣。因此，在辐射元件的等边三角形栅格中，最佳元件间距dy为1/波长。对于大阵列，在等边三角形排列的栅格中辐射元件的数量由NT＝A/(2dxdy)近似地给定。(仍参考上述E.D.Sharp)。假定相同的栅格瓣而不考虑扫描强度，与正方形栅格相比，采用等边三角形栅格可以减小(NR-NT)/NR＝13％。(NT＝4A/λ2和NR＝2A/λ2。)然而，仍存在对于在阵列天线中辐射栅格进行优化的需要，以得到扫描稀疏天线阵列，其还提供在可见空间内抑制栅格瓣。
技术实现思路
本专利技术公开了一种稀疏阵列天线，其包括调谐到各自的发射和接收频率的串联馈送天线阵列列(形成辐射元件列的波导或者其它类型的传输线)。发射和接收辐射元件在每个发射辐射元件和每个接收辐射元件之间以等距离形成，以一个对称线为中心从而形成对称的交错的发射/接收阵列。该接收阵列列在发射模式中将作为寄生元件(parasitic element)工作，该发射阵列列在接收模式中将作为寄生元件工作，由此减少栅格瓣进入可见空间，特别是在扫描从瞄准线方向偏离的主辐射波瓣时。通常，在发射阵列中的每个阵列列和在接收阵列中的每个阵列列之间的距离增加到大约一个波长(λ)的量级以形成稀疏阵列。附图说明通过参考下面结合附图的说明，可以更好地理解本专利技术及其其它目的和优点，其中图1示出了辐射元件设置在矩形栅格上的天线；图2示出了图1示出的阵列的波束空间；图3示出了当主波束被沿x轴扫描时图1所示的天线的波束空间；图4示出了辐射元件在等边三角形栅格上的天线；图5示出了在可见空间没有栅格瓣的等边三角形栅格的波束空间；图6示出了围绕贯穿每个波导中心的直线对称设置的用于TX和RX的一组波导；图7示出了用于试验波导、RX-馈送、f＝5.671GHz的辐射模式；图8示出了用于试验波导、RX-馈送、f＝5.671GHz和清除TX天线元件激励的辐射模式；图9示出了用于试验波导、TX-馈送、f＝5.538GHz的辐射模式；图10示出了用于试验波导、TX-馈送、f＝5.538GHz和清除RX天线元件激励的辐射模式；图11示出了用于具有/不具有无源(passive)、交错TX波导的四个RX波导、f＝5.671GHz、E平面、扫描＝0°的辐射模式；图12示出了用于具有/不具有无源、交错TX波导的四个RX波导、f＝5.671GHz、E平面、扫描＝10°的辐射模式；和图13示出了用于具有/不具有无源、交错TX波导的四个RX波导、f＝5.671GHz、E平面、扫描＝20°的辐射模式。具体实施例方式为了解释本专利技术的原理，将描述2(RX)+2(TX)波导试验模型。然后，目标是论证交错天线的性能以及相应的模拟效果。将描述该试验模型的设计。试验模型中心频率选择为fRX＝5.671GHzfTX＝5.538GHz缝隙长和缝隙的位移使用用于波导隙缝隙天线的分析程序来计算。缝隙长和位移设置为在每个频率段函数中对于所有的缝隙相等。改变和分析缝隙参数直到与每一波导的输入阻抗相匹配。两个未激励波导也进行计算。最终的设计参数示出如下fRX＝5.671GHz(中心频率)fTX＝5.538GHzλg_RX＝82.84mm(波导波长)λg_TX＝87.99mmdXRX＝λg_RX/2＝41.42mm(元件间距)dXTX＝λg_TX/2＝43.995mmdy＝51.26mm(在每一频带中的波导间距，对于RX和TX阵列都相等)NRX＝26(在每一波导中元件/缝隙的数量)NTX＝24(在每一波导中元件/缝隙的数量)缝隙宽W＝3.00mm。这些缝隙数据设计是针对等幅等相位馈送的有源(active)波导作出的。无源波导(“其它”频段)在馈送口匹配。表I中示出了所获得的缝隙数据 表I波导缝隙数据 图6示出了在解释性的实施例中用于发射和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：B·斯文松，K·法尔克，U·恩斯特伦，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：